數(shù)字化語音存儲(chǔ)與回放系統(tǒng)自動(dòng)化與電子技術(shù)等專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)畢業(yè)論-在線瀏覽
2025-08-09 00:49本頁面
【正文】 數(shù)字化語音存儲(chǔ)與回放系統(tǒng) 《 數(shù)字化語音存儲(chǔ)與回放系統(tǒng) 》 第 5 頁 共 20 頁 第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 語音是一種非常有用的信息載體，人們一直在尋找可靠的記錄處理語音信號(hào)的方法。留聲機(jī)、磁帶等是靠磁頭處的電位變化記錄或回放語音信號(hào)的。 人耳能聽到的聲音頻率范圍為 20Hz～ 20kHz,而一般語音頻率最高為 3. 4kHz。回放時(shí) ,由單片機(jī)控制將數(shù)據(jù)從存儲(chǔ)器中讀出 ,然后通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (D /A)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào) ,經(jīng)放大在揚(yáng)聲器 (或耳機(jī) )上輸出語音。由于 89C52最大只能尋址 64KB 的范圍 ,故而系統(tǒng)另配了兩片 AT628128存儲(chǔ)芯片 (128KB)構(gòu)成 256KB 的外部存儲(chǔ)器來存放采集的語音數(shù)據(jù)。具體的系統(tǒng)總體框圖參見圖 21。模擬電路主要由電壓放大、功率放大及濾波器組成。 單片機(jī)芯片簡(jiǎn)介 由于本系 統(tǒng)采集語音信號(hào)頻率較低，且邏輯比較簡(jiǎn)單，從性價(jià)比的角度選用單片機(jī)比較適合，如選用數(shù)字化語音存儲(chǔ)與回放系統(tǒng) 《 數(shù)字化語音存儲(chǔ)與回放系統(tǒng) 》 第 6 頁 共 20 頁 FPGA、 CPLD等可編程邏輯器件，雖然也能完成控制功能，但是系統(tǒng)設(shè)計(jì)成本將會(huì)直線上升，綜合考量系統(tǒng)需求，采用市面上應(yīng)用廣泛、設(shè)計(jì)成熟的 AT89C52作為控制芯片，它 是 一種 低電壓、高性能 CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含 8KB的可反復(fù)檫寫的程序存儲(chǔ)器和 12B的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM），器件采用高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)配置通用 8位中央處理器（ CPU）和 Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的 AT89C52單片機(jī)可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。 數(shù)字化語音存儲(chǔ)與回放系統(tǒng) 《 數(shù)字化語音存儲(chǔ)與回放系統(tǒng) 》 第 7 頁 共 20 頁 第 三 章 語音信號(hào)的數(shù)字化 由于經(jīng)拾音器輸入的語音信號(hào)比較微弱 ,而模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC0809的工作電壓在 0～ + 5V范圍內(nèi) ,故而在采集語音信號(hào)前 ,先要對(duì)其進(jìn)行增益放大?？紤]整流、濾波后的紋波對(duì)揚(yáng)聲器輸出的影響 ,本系統(tǒng)采用運(yùn)算放大器 2 (LM386)作功率放大器 。另外 ,為了能實(shí)現(xiàn)手動(dòng)音量調(diào)節(jié) ,放大器 2的輸入端加上一個(gè) 50kΩ的電位器 ,以便調(diào)整音量。由于人的語音頻段在 10kHz以下 ,對(duì)于濾波的均衡度要求不高 ,所以本系統(tǒng)通過 LM353制作一階濾波器進(jìn)行濾波。高通濾波器能濾除 300Hz以下的頻率信號(hào) ,減少了低頻信號(hào)尤其是工頻的影響 ,大大提高了系統(tǒng)的信噪比。話筒輸出的話音信號(hào)屬于模擬信號(hào)；而計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)屬于數(shù)字信號(hào)。數(shù)字化過程包括三個(gè)步驟：采樣，量化和編碼。通常抽樣是按照等時(shí)間間隔進(jìn)行的，雖然在理論上并不是必須如此的。根據(jù)奈奎斯特采樣定理，采樣頻率必須超過信號(hào)最高頻率的 2倍才能無失真的恢復(fù)出原模擬信號(hào)，假設(shè)對(duì)一個(gè)音頻信號(hào)（ 20Hz～ 20kHz）進(jìn)行采樣，那么用 40KHz 的時(shí)鐘就可以了，比如 PC 的聲卡采樣頻率就是。量化，就是用一基本量對(duì)和基本量具有同一量綱的模擬量進(jìn)行比較的過程，其輸入是連續(xù)的模擬信號(hào)，輸出是一系列離散的數(shù)字信號(hào)。量化電平一般用 Q來表示，即 Q=VFSR/2N 從上式可以看出， Q由 VFSR和 2N所決定，是能夠量化的最小單位，也是經(jīng)過 ADC后輸出的數(shù)字信號(hào)的分辨率。采用的編碼方式不同，得到的二進(jìn)制數(shù)顯然不同。實(shí)際上，現(xiàn)有的 ADC芯片輸出的數(shù)字信號(hào)一般是己經(jīng)過編碼以后的二進(jìn)制數(shù)，用戶不必再考慮編碼的問題。隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用， A/D 轉(zhuǎn)換器的新設(shè)計(jì)思想和制造技術(shù)層出不窮。不同的數(shù)據(jù)采集場(chǎng)合往往選用的 ADC器件也不同。 按照 A/D轉(zhuǎn)換器的速度和精度，又可將 A/D轉(zhuǎn)換器大致可分為三類： 高速低 (或中等 )精度 A/D 轉(zhuǎn) 換器，具體的結(jié)構(gòu)有快閃型、半快閃型型和流水線型。 中速中等精度 A/D 轉(zhuǎn)換器。這一類 A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)輸出通常是串行的，它們的轉(zhuǎn)換速度在幾十 kHz到幾百 kHz之間，精度也比數(shù)字化語音存儲(chǔ)與回放系統(tǒng) 《 數(shù)字化語音存儲(chǔ)與回放系統(tǒng) 》 第 10 頁 共 20 頁 高速 A/D轉(zhuǎn)換器高 (10～ 16 位 )，主要用于傳感器、自動(dòng)控制、音頻處理等領(lǐng)域。此類 A/D 轉(zhuǎn)換器速度不快 ，但精度很高 (16～ 24 位 )，如 Σ Δ型ADC。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì) A/D 轉(zhuǎn)換器的要求 由于本系統(tǒng)采集信號(hào)為音頻，對(duì)采樣頻率和采樣精度的要求不高，從經(jīng)濟(jì)易行的角度考慮可以選用中速中精度 A/D轉(zhuǎn)換器， 采樣速率 40kHz100kHz。 采樣位數(shù) 810 位。 穩(wěn)定性好，抗干擾能力強(qiáng)。 一般男女語音的最高頻率都不超過 10kHz,本系統(tǒng)所要求的語音信號(hào)為電話語音級(jí) : 200Hz～ 3. 4kHz。經(jīng)典的模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC0809, 分辨率為 8 位 , 轉(zhuǎn)換時(shí)間為 100μ s,最大采樣頻率為 10kHz 8kHz,能滿足香農(nóng)采樣定理的要求。故而 ,本系統(tǒng)選用 ADC0809 作為模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ,采樣頻率為 8kHz。 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 ADC0809 簡(jiǎn)介 ADC0809 是采樣分辨率為 8 位的、以逐次逼近原理進(jìn)行模 — 數(shù)轉(zhuǎn)換的器件。 1．主要特性 1） 8 路輸入通道， 8 位 A／ D 轉(zhuǎn)換器，即分辨率為 8 位。 3）轉(zhuǎn)換時(shí)間為 100μ s 4）單個(gè)＋ 5V電源供電 5）模擬輸入電壓范圍 0～＋ 5V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。 2．內(nèi)部結(jié)構(gòu) ADC0809 是 CMOS 單片型逐次逼近式 A／ D 轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 13． 22所示，它由 8 路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、 8 位開關(guān)樹型 D／ A 轉(zhuǎn)換器、逐次逼近 3．外部特性（引腳功能） ADC0809 芯片有 28 條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖 13． 23 所示。 IN0～ IN7： 8 路模擬量輸入端。 ADDA、 ADDB、 ADDC： 3 位地址輸入線，用于選通 8 路模擬輸入中的一路 ALE：地址鎖存允許信號(hào)，輸入，高電平有效。 EOC： A／ D 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出，當(dāng) A／ D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。當(dāng) A／ D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。要求時(shí)鐘頻率不高于 640KHZ。 Vcc：電源，單一＋ 5V。 ADC0809的工作過
畢業(yè)設(shè)計(jì)相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號(hào)-1